填埋气的收集与利用
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生活垃圾填埋气体变废为宝一一深堋市东江环保般孵煮溅警藏慧糕麓蘩骥麓蕉裤震j巷童程顶目简介1.项目概况城市生活垃圾在填埋过程中由于有机物被微生物分解而产生了填埋气体(也称沼气,主要成分为甲烷、二氧化碳、氮气、氯气、硫化氢等,简称LFG),将其导出与利用的目的是减少大气污染,防止火灾和爆炸事故发生,使填埋场达到安全、卫生和环保的要求,同时合理地利用填埋气体也是垃圾处理“资源化”的需要。
深圳下坪生活垃圾填埋场是目前深圳市的标准化卫生填埋场,于1997年投入使用,已填埋生活垃圾600多万吨,最大填埋深度已达60多米,填埋气体产生量已经很大。
一般来说,填埋深度达10米以上,填埋气体就有收集和利用价值。
因此对下坪生活垃圾填埋场而言,填埋气体的收集和利用已非常迫切。
为了综合治理城市垃圾,实现资源循环利用,改变垃圾填埋场威胁周边环境的现状,深圳市东江环保股份有限公司与深圳市下坪固体废弃物填埋场合作建设、经营了下坪填埋场填埋气体利用项目。
下坪填埋气体发电工程项目总占地面积5000平方米,建筑面积1326平方米,项目首期投资5121.63万元,总投资约1亿元。
利用填埋气体发电设备的投资全部由企业自筹。
首期设计装机容量3676千瓦(其中进口奥地利颜巴赫机组3台,国产机组1台,终场为8台机组,发电规模可达到10000千瓦,同时可削减1.5亿立方米填埋气体对大气环境的污染)o项目首期于2006年5月份动工建设,2007年3月份竣工。
此后由奥地利进口的1、3、4号颜巴赫发电机陆续安装完成,国产的2号济柴发电机在11月后进行安装。
2.填埋气体发电系统填埋气体发电系统的主要流程如下:填埋场导气井一输气管道一气液分离器一罗茨风机一预处理装置一内燃发电机一烟气外排。
下坪填埋场参照发达国家气体收集的先进技术,采用垂直竖井与水平横井结合的立体网络式收集系统收集气体。
填埋气体经收集井进入收集井顶部连接管,每座收集井均以软管及集气支管连接至集气干管上,各井所收集到的填埋气体通过集气干管输送到输送主管,由输送干管输送来的填埋气体,经气液分离器后进入鼓风机进行加压,加压后经鼓风机出口管汇合至输送母管,经输送母管送至填埋气体发电站。
填埋场气的收集与利用填埋场气(Landfill Gas)是指在垃圾填埋过程中产生的气体,主要成分包括甲烷、二氧化碳、氮气、氧气等。
填埋场气的收集与利用对于提高资源利用率、减少环境污染、降低温室效应等方面都具有重要意义。
以下是对填埋场气收集与利用的详细分析。
一、填埋场气的收集填埋场气的收集是填埋场气利用的前提。
一般来说,填埋场气的收集方式有以下几种:1.被动收集系统:被动收集系统是一种简单而有效的填埋场气收集方法。
该系统利用垃圾填埋层中的自然渗透通道,将填埋场中的气体导出,然后通过管道导入储存设备或燃气发电机。
被动收集系统的优点是成本低、操作简单,但需要较长的渗透时间和较大的场地面积。
2.主动收集系统:主动收集系统是一种更高效、更可控的填埋场气收集方法。
该系统通过在填埋场表面设置专门的收集井或导气管道,将填埋场中的气体导出,然后通过管道导入储存设备或燃气发电机。
主动收集系统的优点是收集速度快、可控性强,但需要较高的建设和运行成本。
3.综合收集系统:综合收集系统是一种将被动收集和主动收集相结合的填埋场气收集方法。
该系统在被动收集的基础上,增加主动收集设施,以提高气体收集速度和效率。
综合收集系统的优点是结合了被动收集和主动收集的优点,但需要较高的建设和运行成本。
二、填埋场气的利用填埋场气的利用可以有效地提高资源利用率,减少环境污染,降低温室效应。
填埋场气的利用方向主要有以下几个方面:1.能源利用:填埋场气的主要成分是甲烷和二氧化碳,它们都可以作为能源来使用。
甲烷是一种清洁能源,可以用于燃气发电、燃料电池等领域;二氧化碳也是一种可以利用的能源,可以用于生产甲醇等化学品。
因此,将填埋场气转化为能源进行利用,可以减少垃圾填埋场的废弃物排放,同时也可以降低对传统能源的依赖。
2.环保利用:填埋场气中的甲烷是一种温室气体,如果直接排放到大气中会对环境造成负面影响。
因此,将填埋场气进行环保利用,例如用于生产甲烷抑制剂等环保产品,可以有效地减少甲烷的排放,对环境保护起到积极的作用。
填埋气处理——生物法处理工艺文章来源:蓝白蓝网 2010-03-16 16:54填埋场气体中散发臭味的物质一般能用生物的方法被微生物降解,这些物质中的大部分是那些浓度在10-6级范围的微量物质,诸如硫、氮和氧的化合物。
生物降解工艺一般只用在那些小的填埋场,填埋场气体的回收和利用从费用效益分析的角度来看是不可行的,因此可以用生物法进行有毒害物质的去除后,气体直接排放或烧掉。
在废气的生物处理中,微生物的存在形式可分为悬浮生长系统和附着生长系统两种。
悬浮生长系统即微生物及其营养物配料存在于液相中,气体中的污染物通过与悬浮液接触后转移到液相中而被微生物所净化,其形式有喷淋塔、鼓泡塔等生物洗涤器。
附着生长系统中微生物附着生长于固体介质上,废气通过由介质构成的固定床层时被吸收、吸附,最终被微生物所净化,其形式有生物过滤器和生物滴滤器。
气态污染物生物净化装置中,研究最早和应用最广泛的是生物过滤器或生物滤床,如图8-16所示。
生物过滤器内部充填活性填料,废气经增湿后进入生物过滤器,与填料上附着生长的生物膜接触时,废气中的污染物被微生物吸附,并氧化分解为无害的无机产物。
一般有机物的最终分解产物为CO2,有机氮先被转化为NH3,最后转化为硝酸;硫化物最终氧化成硫酸。
为了给微生物提供最佳的生长条件,使滤料保持在40%~60%的含水率是很重要的。
为保证微生物所需的水分和冲洗出反应产物,需定期的向生物过滤器中喷水,为调节填料内微生物生长所需的酸碱度,可向生物过滤器添加缓冲溶液。
生物滤池的特点是生物相和液相都不是流动的,而且只有一个反应器,气液接触面积大,运行和启动容易,投资最省,运行费用最低。
生物过滤器采用具有生物活性的填料,通常有土壤、堆肥、泥炭、谷壳、木屑、树皮、活性炭以及其它一些天然有机材料,这些填料都具有多孔、适宜微生物生长且有较强的持水能力等性质。
为防止填料压实、保持填料层均匀和减小气流阻力,常在上述活性填料中掺入一些比表面积大、孔隙率高的惰性材料,如熔岩、炉渣、聚苯乙烯颗粒等。
生活垃圾填埋场填埋气体收集处理及利用工程技术标准生活垃圾填埋场填埋气体收集处理及利用工程技术标准一、术语和定义1.填埋气体landfill gas:在生活垃圾填埋场中,由于垃圾中有机物的分解而产生的气体,主要包括甲烷、二氧化碳、氮气等。
2.填埋气体收集系统 landfill gas collection system:用于收集填埋场产生的填埋气体的系统,包括气体收集井、管道、泵站等。
3.填埋气体处理技术landfill gas treatment technology:用于处理填埋气体的技术,包括脱水、除臭、除尘等。
4.填埋气体利用技术landfill gas utilization technology:将填埋气体转化为有用能源或进行其他用途的技术,如内燃机发电、燃料电池等。
5.填埋气体安全防护 landfill gas safety protection:为确保填埋气体处理和利用过程中的安全,采取的措施包括防爆、防火、防中毒等。
二、填埋气体的产生、组成和特性1.填埋气体的产生:生活垃圾填埋场中,有机垃圾在厌氧条件下分解产生填埋气体,其产生量与垃圾的组成、填埋时间、温度等因素有关。
2.填埋气体的组成:填埋气体主要由甲烷、二氧化碳、氮气等组成,其中甲烷是主要的可燃成分。
3.填埋气体的特性:填埋气体的特性包括可燃性、爆炸性、刺激性等,因此需要对其进行有效的处理和利用,以保障环境和公众安全。
三、填埋气体收集系统设计1.设计原则:填埋气体收集系统应遵循安全、高效、环保的设计原则,确保能够及时有效地收集填埋气体。
2.收集方式:根据填埋场的实际情况,可采用不同的收集方式,如单井收集、双井收集等。
3.管道设计:管道应选用耐腐蚀、耐压的材料,确保长期稳定运行,同时应考虑管道的布局和走向,以便于维护和管理。
4.泵站设计:泵站应设置在填埋气体产生量较大的区域,以确保能够高效地收集气体。
同时应考虑泵站的通风和防火措施,确保运行安全。
城市生活垃圾填埋场气体的导排和利用设计方案1.1填埋场气体的组成与产生原理(1)填埋场气体的组成填埋场的气体主要是填埋垃圾中的可降解生物将有机物进行降解,分解为氨气、二氧化碳、一氧化碳、氢气、硫化氢、甲烷、氮气和氧气。
此外含有少量的微量气体。
表1.1填埋场气体的成分(2)产生原理填埋场气体的的产生是个非常复杂的问题。
综合国外研究可将垃圾填埋场释放气体的产生过程划分为四个阶段。
①第一阶段一一好氧阶段一定量的空气随着垃圾进入填埋场,在微生物的作用下,将有机物进行了降解分解我二氧化碳,同时放出大量的热。
好氧分解在短时间内进行,释放出较大的能量。
②第二阶段一一过渡阶段氧气被完全耗尽时,厌氧开始进行。
复杂的有机物如多糖、蛋白质等在微生物的作用下分解和化学作用下水解、发酵,不溶性物质迅速变成可溶性的物质并产生挥发性脂肪酸、二氧化碳、少量的氢气、极少量氮气。
③第三阶段一一产酸产甲烷阶段微生物将第二阶段累积的溶于水的产物转化为1~5个碳原子的酸和醇、二氧化碳、氢气。
另外在在产酸菌的作用下,利用二氧化碳、氢气在甲烷菌的作用下转化为甲烷和二氧化碳。
④第四阶段一一稳定阶段当废物中大部分可降解有机物可转化为甲烷和二氧化碳后,填埋场气体产生的产生速率显著减少,填埋场处于稳定阶段或成熟阶段。
1.2填埋场气体收集和导排1.2.1填埋场气体导排方式在选择填埋场气体导排方式时,根据填埋场的实际情况,进行综合考虑,确定最佳方案。
填埋场必须设置有效的填埋气体导排设施,严防填埋气体自然聚集、迁移引起的火灾和爆炸。
填埋场不具备填埋气体利用条件时,应主动导出并采用火炬法集中燃烧处理。
由于本次设计为新建填埋场,初期产气量不大,而后会迅速增加。
填埋场所产生的气体主要是以甲烷和硫化氢为主,此种情况下,回收气体一方面可以作为源来进行使用,另一方面,还可以避免气体泄漏引起的意外爆炸。
填埋场气体的导排方式主要有两种,即主动导排和被动导排。
(1)主动导排主动导排主要由抽气井、气体收集管、冷凝水收集井、泵站,抽风机和气体检测设备。
填埋场气体管理制度一、总则为了规范填埋场气体管理工作,减少填埋场气体对环境和人体的危害,保护生态环境和人民健康,制定本管理制度。
二、管理范围本管理制度适用于各类填埋场,包括城市生活垃圾填埋场、工业固体废物填埋场等。
三、填埋场气体类型填埋场气体主要包括甲烷、二氧化碳、硫化氢等,同时还包括其他有毒有害气体,如甲醛、苯、二甲苯等。
四、填埋场气体产生原因1. 有机废物在填埋场中分解产生甲烷、二氧化碳等气体;2. 废水中的有机物与填埋场内的有机物共同分解产生气体;3. 地下水中的有机物质通过地下排水进入填埋场分解产生气体;4. 废气中的有机物通过气体迁移进入填埋场分解产生气体。
五、填埋场气体管理原则1. 预防为主,减少气体产生;2. 控制为重,防止气体扩散;3. 处理为要,对气体进行适当的处理和利用。
六、填埋场气体监测与评估1. 监测内容(1)填埋场周边环境大气中的甲烷、二氧化碳、硫化氢等气体浓度;(2)填埋场内气体生成与排放情况;(3)填埋场附近地下水中气体含量;(4)工作人员健康监测。
2. 监测频率(1)填埋场周边环境大气监测每季度进行一次,重大填埋场每月进行一次;(2)填埋场内气体监测每月进行一次,突发情况下要及时监测;(3)填埋场附近地下水中气体含量每季度进行一次;(4)工作人员健康监测每年进行一次。
3. 监测数据评估根据监测数据,对填埋场气体的产生、排放进行评估,制定相应的控制和治理方案。
七、填埋场气体控制1. 排气系统(1)每个填埋场应设立一套完善的排气系统,包括排气管道、排气井等;(2)排气系统应根据监测数据,合理设置排气口,减少气体向周边环境扩散。
2. 气体收集与利用填埋场气体可以通过专门的收集系统进行收集,并进行合理的利用,如生物气体发电等。
3. 土壤覆盖在填埋场上覆盖一层土壤,可以减少气体的排放,防止气体向周边环境扩散。
4. 管理控制做到垃圾分类处理,减少有机废物填埋比例,减少气体的产生。
垃圾填埋气产生及其治理技术研究垃圾填埋气指在半封闭条件下,生活垃圾中的有机物质被微生物分解后,产生的一系列气体,包括甲烷、二氧化碳、氢气、硫化氢等等。
这些气体的排放给环境带来很大的危害,因此,对垃圾填埋气的治理问题越来越受到人们的重视。
本文从垃圾填埋气的产生机理和治理技术两个方面进行探讨。
一、垃圾填埋气的产生机理垃圾填埋气的产生源于生活垃圾中的有机物质分解过程。
生活垃圾中有机物质分解的主要方式有三种,即厌氧发酵、好氧氧化和微生物空气氧化。
其中,厌氧发酵是垃圾填埋气的主要产生途径。
垃圾填埋气的产生过程主要由以下四个阶段组成:1.物理化学阶段:垃圾填埋场内的氧气和水分会与生活垃圾中的可降解有机物质发生化学反应,产生少量的二氧化碳和甲烷等气体。
2.厌氧反应阶段:垃圾填埋场内的霉菌、厌氧菌等微生物继续分解可降解有机物质,产生大量的二氧化碳和甲烷气体,同时也会产生少量的氮气、氢气、硫化氢等其他气体。
3.稳定阶段:当垃圾填埋场内的可降解有机物质被分解得差不多后,气体的产生量会逐渐变小。
4.后期阶段:垃圾场填埋场内的有机物质降解完毕后,垃圾填埋气的主要产生途径就是土壤氧化。
由于垃圾填埋气的产生过程与垃圾本身的性质有关,因此,在垃圾填埋治理中,我们需要深入研究垃圾的组成及其对垃圾填埋气产生的影响。
二、垃圾填埋气的治理技术垃圾填埋气的治理是一个复杂的过程,主要包括控制气体产生、收集气体、利用气体等技术。
下面,我们对这些技术进行简单介绍。
1.控制气体产生控制气体产生是垃圾填埋气治理的首要任务。
对于大部分填埋场,选择适当的填埋场型、控制垃圾填埋场内的水分,并采用生化填埋或先静后动填埋等措施,可以有效控制垃圾填埋气的生成。
2.收集气体收集垃圾填埋气是减少气体释放的有效措施。
这项工作通常采用填埋场内安装管道或打孔方式来进行,将垃圾填埋场内产生的气体输送至气体处理设施进行处理。
3.利用气体利用垃圾填埋气也是垃圾填埋场治理的有效途径。
垃圾填埋场中气体的治理与利用一、垃圾填埋场气体的来源及危害垃圾填埋是一种常见的垃圾处理方式,然而,填埋过程中产生的气体却对环境和人体健康产生很大的危害。
填埋过程中,大量的有机物被分解产生二氧化碳、甲烷、硫化氢、氮氧化物等气体,其中甲烷和硫化氢是最危险的。
这些气体在填埋场中逆流、扩散,与空气混合后会产生不良气味,严重危害周边居民的健康,同时会造成区域性污染、加速大气层的温室效应。
二、垃圾填埋场气体的治理采用适当的技术手段对垃圾填埋场气体进行治理,不仅能保护环境,还能够将气体利用,达到资源化再利用的目的。
1. 排放管道及收集系统:在填埋场开工之前,需要事先埋设收集管道,将填埋场内产生的气体收集起来。
排放管道应该具有一定的耐腐蚀性、耐高温性和漏气防止能力。
而收集系统则需要经常进行维护保养,以确保其正常运作,避免漏气。
2. 排放及净化处理:气体排放管道将气体集中排放到一个地点,通过气体净化设备进行处理。
常用的净化方式有生化滤波、吸附剂吸附、电离辐射等。
其中,生化滤波是目前最常用的方法,其原理是通过细菌或其他生物对气体中的甲烷等有害气体进行降解。
3. 对燃气进行利用:将垃圾填埋场中的甲烷和其他可燃气体提取后,可以通过燃烧发电的方式进行利用,不仅可以降低地方政府的电力开支,还可以减少大气层中二氧化碳的排放。
三、垃圾填埋场气体利用有效地利用垃圾填埋场中的气体不仅可以减少对环境的影响,还可以达到资源的再利用。
1. 甲烷发电:甲烷是垃圾填埋场气体中具有高价值的成分,可以提取后燃烧发电。
于是很多垃圾填埋场设计上会安装甲烷发电设备,同时也盘活了垃圾填埋场的潜在价值。
2. 生产化肥:如果有效地提取垃圾填埋场中的硫化氢,那么这种气体可以转化为成为硫酸盐,成为很肥沃的农业肥料,为农业作出贡献。
3. 作为化学原料:沼气中的氢气可以作为一种化学原料,用于生产润滑油和香精香料。
四、垃圾填埋场气体治理与利用存在的问题及展望目前,垃圾填埋场气体的治理与利用技术及设施还有待进一步完善。
浅谈填埋气体的产生与控制(1)填埋场气体的组成和性质一般工业固体废物填埋场不会产生填埋气体,但是如果专门处置有机可腐性废物或者将工业固体废物与生活垃圾共处置,也会产生填埋气体。
这时工业固体废物填埋场就与生活垃圾填埋场类似。
垃圾填埋场可以被简化为一个生物系统,其主要输入项为垃圾和水,主要输出项为渗滤液和填埋场气体,二者的产生是填埋场内生物、化学和物理过程共同作用的结果。
填埋场气体主要是填埋垃圾中可生物降解有机物在微生物作用下的产物。
填埋场释放的气体中的微量气体量很小,但成分却很多。
国外通过对大量填埋场释放气体取样分析,在其中发现多达116种有机成分,其中许多可以归为挥发性有机组分(VOCs),这些气体可能有毒并对公众健康构成威胁。
近年来,国外已有许多科学工作者致力于对填埋场微量释放气体环境影响的研究。
2.影响填埋场气体产生的因素(1)影响填埋场气体产气量的主要因素填埋场气体是填埋垃圾中可生物降解有机物在微生物作用下降解的产物,因此,填埋场理论上能达到的最大产气量取决于填埋垃圾的总量和垃圾中可生物降解有机物的含量。
同时填埋场实际的产气量还受到其他因素的影响:如果垃圾中的含水率、营养成分、pH、温度等环境条件超出了产甲烷微生物所能容忍的阈值,微生物不能正常代谢,会影响实际的产气量;如果填埋场对渗滤液不采取回灌,则渗滤液中损失的有机物也会使实际产气量降低。
(2)影响填埋场气体产气速率的主要因素影响填埋场气体产气速率的主要因素包括:含水率、营养物质、微生物量、pH值和温度等。
①含水率填埋场中多数有机物必须经过水解成为溶于水的颗粒才能被微生物利用产生甲烷,因而填埋场中废物的含水率是影响填埋场释放气体产生的一个重要因素。
此外,填埋场中水分的转移有助于营养物质、微生物的转移,加快产气。
许多研究表明含水率是产气速率的主要限制因素。
当含水率低于垃圾的持水能力时,含水率的提高对产气速率的影响最大;当含水率超过持水能力后,水分在垃圾内运动,促进营养物、微生物的转移,形成良好的产气环境。
填埋气收集井施工方案引言填埋气收集井是一种用于填埋场气体处理的重要设施。
它的主要作用是收集填埋场产生的气体(包括甲烷和二氧化碳等),并通过收集系统进行处理和利用,以减少气体的排放对环境的影响。
本文将介绍填埋气收集井的基本原理和施工方案。
基本原理填埋气收集井的基本原理是利用井筒将填埋场产生的气体收集起来,并通过管道系统输送到处理设施。
井筒通常由混凝土或塑料材料制成,具有较好的密封性能。
井筒内设有一个气体收集罩,用于收集气体,并通过管道与处理设施相连接。
施工准备进行填埋气收集井施工前,需要进行一系列的准备工作。
首先需要进行填埋场的现场勘测和设计,确定井筒的设置位置和数量。
其次需要准备施工所需的材料和设备,包括混凝土、井筒模具、扬水设备等。
同时,还需要制定详细的施工方案和施工计划,确保施工进度和质量的控制。
填埋气收集井的施工可分为几个主要步骤:1.挖掘井坑:根据设计要求,使用挖掘机或手工挖掘出适应井筒尺寸的井坑,并确保井坑底部平整。
2.安装井筒模具:根据井筒的尺寸,制作合适的井筒模具,并将其安装在井坑内,确保垂直度和水平度。
3.浇筑混凝土:在模具中浇筑混凝土,待混凝土凝固后,拆除模具,形成井筒结构。
4.安装井盖:在井筒顶部安装井盖,保证井口的密封性能。
5.安装气体收集罩:在井筒内安装气体收集罩,确保罩口与地面齐平,并与罩体连接好收集管道。
6.铺设收集管道:将收集罩与处理设施之间的管道铺设好,确保管道的密封性能和稳定性。
7.测试与调试:完成施工后,进行井筒和管道的漏气测试,确保系统的正常运行。
在填埋气收集井施工过程中,需要注意以下安全措施:1.安全防护:施工人员必须佩戴必要的安全防护用品,如安全帽、防护眼镜和防护手套等。
2.施工现场管理:施工现场应设置明显的警示标志,确保施工区域的安全。
3.操作规范:施工人员必须按照操作规范进行作业,严禁违章操作和超负荷作业。
4.通风措施:根据填埋场产生的气体特性,必要时应设置通风设备,确保施工现场空气质量。
填埋场气的收集与利用陈晓东(南昌有色冶金设计研究院330002)[内容摘要]论述了填埋场气的产生、主要成分及其特性,提出了填埋场气产气量和收集量的估算方法,简要介绍了收集系统的设计,对填埋场气的处理和利用提出了设想。
[关键词]填埋场气收集利用一概述随着国民经济的发展,人民生活水平日益提高,城市人口的不断增长,城市生活垃圾越来越多,垃圾成份日益复杂多样,一种是生活垃圾,包括居民生活垃圾、商业垃圾、集市贸易垃圾、街道垃圾、公共场所垃圾和机关、学校、厂矿等单位的生活垃圾;一种是建筑废弃物,包括建筑残土、砖瓦石陶瓷等残碎物、废水泥及水泥制品残碎物和废砂及其它建材残弃物。
其中生活垃圾含有有机物。
为了防止垃圾对环境造成污染,必须对垃圾进行处理如卫生填埋、堆肥及焚烧等。
但填埋场在一定的条件下会产生填埋场气,该气体具有易燃易爆的性质,同时还蕴藏着丰富的能量。
为保证填埋场的安全和尽可能的回收能源,变废为宝,因而有必要对填埋场气加以收集,进行处理和利用。
二填埋场气的产生、主要成分和特性(一)填埋场气的产生填埋场气的产生与很多因素有关,包括垃圾的成分、PH值及其堆积量、填埋场的水分、温度及填埋年份等。
在一定的条件下,如适当的水份、温度及酸碱度,垃圾中的有机物经过生物化学反应后,使填埋场产生大量的气体,通常称为填埋场气。
国外资料一般称为LFG(landfill gas)。
由于其主要成分和热值近似于沼气,也有文章称其为“沼气”。
据国内外有关资料介绍,产生填埋场气的生物化学反应分为以下四个阶段。
第一阶段为好氧生物分解,可能持续几周,主要成分是氮、氧和二氧化碳。
氧气是从周围大气被垃圾带入填埋场的,经过一段时间的生物化学反应后而被逐渐被耗尽。
二氧化碳将随时间的推移而迅速产生。
第二阶段为厌氧生物分解,为不产甲烷期,氮特别是氧的百分数下降很快,直到氧气耗尽进入厌氧反应阶段。
本阶段的主要成分是氢、氮和二氧化碳。
第三阶段为厌氧生物分解,为产甲烷的不稳定期,二氧化碳和氮的百分数显著下降,氢和氧的浓度趋于零,甲烷的百分数很快上升。
第四阶段为厌氧生物分解,为产甲烷的假稳定期。
这个阶段的甲烷、二氧化碳和氮的百分数达到了稳定的数值。
甲烷的百分数在达到了高峰值后开始下降。
经过较长的一段时间后,当垃圾中的有机物被消耗完后,便不再产生任何气体。
(二)填埋场气的主要成分填埋场气的成分是随着填埋场气产生的不同阶段而变化的,换句话说是随着填埋年份而变化的;同时填埋场气的成分还与垃圾的成分有关,是一个变数,从理论上来说是一个非常难确定的数值。
我院一九九三年四月所作《深圳市下坪垃圾卫生填埋场初步设计说明书》中填埋场气主要成分见表1.1。
填埋场气的热值(40℃时)为18900kJ/m3。
《水利水电科技进展》一九九七年四月钱学德和郭志平合著的“填埋场气体收集系统”一文中的气体主要成份见表1.2。
建设部同济大学环卫机械研究所与深圳市卫生管理处于一九九六年七月所作的《深圳市玉龙坑垃圾填埋场安全防范研究》中的气体成份见表1.3。
一般的填埋场气的气体成份随时间而变化的规律见图1──填埋场气成分随时间变化图。
一般而言,填埋场气的热值约在18850 kJ/m3(4500kcal/m3 )上下。
(三)填埋场气的特性1、易燃易爆性:由于气体中甲烷含量较高,为可燃气体。
如不加以收集和控制,就很容易引起火灾和爆炸。
2、有毒有恶臭气味:是由于沼气中含有硫化氢、一氧化碳和硫醇等。
3、甲烷、二氧化碳和氮气会使人窒息。
三填埋场气的产生量和收集量正确掌握填埋场气的产气规律及其产生量和收集量,才可以对其进行收集处理和加以利用,选择设备,确定合理的工艺流程,进行技术经济分析。
对于某一特定的垃圾填埋场而言,其产气量取决于填埋年份和垃圾中的可降解有机物的数量和品质,但是要正确的测出任何一个填埋场的产气量都很困难,因此只能通过下列经验数据或经验公式来估算。
(一)通过经验数据来估算美国人Amalendu Bagchi所著《废弃物填埋场的设计、施工和监测》一书中提到甲烷的产气速率为2.5~15.0l/kg·年。
同济大学环卫机械研究所与深圳市卫生管理处于1996年7月所作的《深圳市玉龙坑垃圾填埋场安全防范研究》中提到的产气率为17×10-6 m3 /kg·d,换算为6.205l/kg·年,生活垃圾的产气量为0.37m3 /kg。
用垃圾总量与上述产气速率相乘,就可以得到每年的产气量。
(二)通过经验公式来估算可以通过下经验公式计算产气量。
1、当知道填埋物的有机含碳量时:Gt=1.868×TOC×(0.014×T+0.28)───────(1)式中,Gt──长时间产生的总气体量,m3/ton垃圾;TOC ──总有机碳,kg/ton垃圾,其经验值为150~200;T──温度,℃。
2、产气量随时间变化的计算:Ga=Gt×(1-10-kt)─────────(2)式中,Gt──至t年为止的产气量,m3/ton垃圾;K──TOC衰减常数,其值在0.025~0.050之间,t──至t年为止,气体产生时间,年。
3、对于特定t年之产气量的计算:Gb=Gt×(10k-1)×10-kt────────(3)式中,Gb ──在第t年的产气量,m3/ton垃圾;K──TOC衰减常数,其值在0.025~0.050之间,其它符号同上。
通过以上计算公式计算出填埋场气逐年的变化量。
由于各种原因,填埋场所产生的气体不能完全被收集,实际收集的气体量为理论产气量的11~39%。
一般计算时可取20~25%。
四填埋场气的收集系统(一)收集系统的作用首先,填埋场气是填埋场的必然产物,如不有效地加以收集和控制,极易发生火灾和爆炸事故,造成损失。
因而填埋场必须设置气体收集和输导等控制系统,以保证填埋场的安全。
其次,控制气体成份,提高甲烷的含量,为填埋场气的有效利用提供基础。
(二)收集系统主要设备填埋场内的气体由于压力不平衡而产生流动,经过收集井的吸收进入收集管,并通过汇流中转器进入输气管后,集中送入收集站。
填埋场气在站内进行净化和加压处理后,送入燃气发电站进行发电或进行其他利用。
1、垂直式收集井:较水平式收集井施工方便,造价低,是目前通常采用的收集形式。
竖井通常设计为直径在0.6~1.2m之间接,长3m;井内为多孔管,直径在150~200mm范围内,其管材采用耐腐蚀和耐久性的材料如PVC或HDPE,其顶部用盖板密封。
收集井的结构见图2──收集井结构示意图。
垂直式收集井的作用半径为40~50 m,井间距则在80~100 m,需要注意的是,收集井的定位要使其影响区域相互交迭,如果竖井建在正六边形的角上,则可以得到100%2、汇流中转器:单独有效地管理和控制该区域内的填埋场气的收集。
每个汇流中转器控制5个收集井,汇流5个收集井的气体直接输送至收集站,从而使整个收集系统更易控制和调节。
各汇流中转器也可以是互相连通的,以便在事故或检修时互为备用。
通常把汇流中转器设计成8个接差头,5个作为填埋场气入口,一个大的作为出口,一个与其它的汇流中转器相连,一个作为备用。
汇流中转器详见图3──汇流中转器示意图。
3、收集管和输气管:为了区别,把收集井到汇流中转器之间的管道称为收集管,把汇流中转器到收集站之间的管道称为输气管。
为减少阻力和各管道之间阻力的不平衡的影响,气流速度采用低值。
管径由流量和流速确定。
收集系统详见图4----填埋场气收集系统示意图。
五填埋场气的利用在初期的两年之内及填埋场封场之前的两三年内,填埋场产生的气体没有多少利用价值,只做放空处理或就地燃烧。
(一)作为城市燃料从填埋场气的成份中我们可以知道,填埋场气是有毒性、有腐蚀和有恶味的气体;从其产生的过程中可知道,产气量和品质是随垃圾成份和填埋年份而变化波动的,这给填埋场气的收集特别是处理和利用带来困难。
由于填埋场总是距居民生活区较远从而造成管线较长,以及产气量和气体品质的不稳定,还需要进行严格的净化处理和加压,一般而言,作为城市燃料其可行性不高。
但对于大型的填埋场气是否回收利用则需通过技术经济比较来决定。
如其能量可在合适的成本下回收,填埋场气作为城市燃料也不失为一种利用途径。
(二)发电根据国外的经验,燃气轮机发电普遍运用于一般的填埋场,技术成熟,应为优先考虑的利用方式。
参见图5──填埋场气收集和利用原则性流程图。
以下为台湾某垃圾填埋场的利用情况。
1、填埋场概况该填埋场分两期建设。
第一期从1993年至2002年,累计垃圾量为294.82万吨;第二期(含第一期,下同)从2002年至2017年,累计垃圾量为649.88万吨。
根据公式(1)和(3)计算得,第一期产气量的最小值和最大值分别为693和926百万立方米;第二期产气量的最小值和最大值分别为1527和2041百万立方米;折合每小时气量,第一期的最小值和最大值分别为3300 m3/h和7300 m3/h;第二期产气量的最小值和最大值分别为6300 m3/h和11900 m3/h。
填埋场气的收集率为10%到30%。
估计该填埋场气的热值为4500kcal/ m3 = 5.23kWh/ m3。
2、燃气轮机发电第一期:最小值3300 m3/h ×0.1×5.23 =1727 kW;最大值7300 m3/h ×0.1×5.23 =11454 kW;取其平均值6500 kW,燃气轮机效率为0.3,机械效率为0.95,发电机功率因数为0.8,则燃气轮机功率为6500×0.3 = 1950 kW 取2000 kW 需2台1000 kW 机组;发电机功率为1950×0.95/0.8 = 2316 kva 取2400 kva 需2台1200 kva;计划于1993年建设第一套,于1998年建设第二套。
第二期:最小值6300 m3/h ×0.1×5.23 =3295 kW;最大值11900 m3/h ×0.1×5.23 =18671 kW;取其平均值11000 kW,则燃气轮机功率为11000×0.3 = 3300 kW 扣除第一期后为1350kW 取1400 kW 则第二期需2 台700kW 机组;发电机功率为3300×0.95/0.8 = 3919kva 扣除第一期后为1603 kva 取1600kva,则第二期需2 台800kva;计划于2002年建设第一套,于2006年建设第二套。
六结束语垃圾填埋场的主要目的是处理垃圾,保护环境。
至于填埋场气的回收利用,一些发达国家也是从八十年代才开始研究,已有一些成熟的经验。